浅谈剪力墙结构的连梁设计
[摘要]探讨了在实际设计应用中剪力墙连梁的计算模型该如何合理选取，连梁超筋后应如何用合适的方式处理等设计思路。

[关键词]连梁计算模型超筋处理
中图分类号：[f213.2] 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）23-0149-01
0.引言
近年来，剪力墙结构在钢筋混凝土多高层建筑中得到了最广泛的应用，做好剪力墙结构设计，已经成为结构设计人员所应具备的基本能力之一。

连梁作为剪力墙结构中不可或缺的基本构件，更应在结构设计中重点关注。

1.连梁计算模型的合理选取
目前连梁计算模型主要分为墙元（剪力墙开洞形成的连梁）模拟和梁元（即杆元，两节点间布梁形成的梁）模拟两种。

墙元模拟时连梁实际是墙的一部分，连梁四角与墙肢协调，连梁的抗弯刚度计算值要大于梁元的计算结果。

适合于跨高比小于5的强连梁的计算。

采用此种计算模型，结构抗侧刚度计算值较大，结构侧向位移计算值较小。

一般情况下，连梁超筋较多，剪力墙的计算数值较小（多为构造）。

梁元模拟时连梁两端与墙肢变形协调，其抗弯刚度计算值要小于墙元的计算结果。

适合于跨高比不小于5的弱连梁的计算。

采用此种计算模型，结构抗侧刚度计算值较小，结构侧向位移计算值较大。

一般情况下，连梁超筋较少，剪力墙的计算数值较大。

通常情况下，框架-剪力墙结构由于墙体相对较少，建议采用强连梁（高度大于400mm且跨高比小于5）连接的结构形式以保证墙体部分的足够刚度，且相对容易控制侧向位移比限值；对于纯剪结构，由于墙体数量众多，刚度足够大，位移比足够小，建议大量采用弱连梁（高度不大于500mm且高跨比不小于5）连接的结构形式。

在实际应用中，对于整个结构的四周窗洞，所有连梁顶可只布置到楼层标高处，其上窗台部分用填充砌体封堵即可。

这种对连梁的规则化处理，既可简化结构设计，又可节约成本造价。

2.连梁超筋的处理方法
剪力墙结构设计中连梁超筋是一种常见现象。

规范有明确处理措施：1.减小连梁截面高度或采取其他减小连梁刚度的措施。

2.对抗震设计剪力墙中连梁的弯矩，剪力进行塑性调幅。

3.连梁铰接处理，即当连梁破坏时对承受竖向荷载无明显影响时，可按独立墙肢的计算简图进行第二次多遇地震作用下的内力分析（通常为减少结构计算工作量将连梁按两端铰接梁计算）。

下面对以上几种措施在实际应用中的可操作性逐一分析以供合理选择。

连梁铰接处理后，在大震下会破坏退出工作，使与其相连的独立墙肢成为剪力墙的二道防线，这种处理方法使该墙肢的内力及配筋加大，安全性可以保证，但经济性和实际操作性不甚理想，不建议使用。

连梁塑性调幅可采用两种方法，一是在内力计算前就将连梁的刚
度进行折减；二是在内力计算后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。

两种方法的效果都是减小连梁内力和配筋。

连梁调幅后的弯矩，剪力设计值不应低于使用状况下的值，也不宜低于比设防烈度第一度的地震作用组合所得的弯矩，剪力设计值，以防止在正常使用条件下或较小的地震作用下在连梁上出现裂缝。

因此建议在一般情况下，可掌握调幅后的弯矩不小于调幅前按刚度不折减计算的弯矩（完全弹性）的80%（6～7度）和50%（8～9度），并不小于风荷载作用下的连梁弯矩。

应注意本调整降低了连梁的计算内力，相应也会加大剪力墙的地震效应设计值。

另外本方法考虑连梁端部的塑性内力重分布，对跨高比比较大的连梁效果比较好。

减小连梁截面高度（减小构件刚度）是常见的非常有效的连梁超筋处理方法，但同塑性调幅一样，也应注意调整后剪力墙地震效应设计值的加大。

在实际操作中，如果只是单一的调小连梁截面高度，计算内力虽然减小，其截面抗剪能力也在下降，容易陷入持续超筋的死循环。

以下是几种实用的连梁超筋处理方法：
1.寻求连梁“剪力铰”（即寻求与连梁梁端最大抗剪承载力相匹配的最大梁端弯矩，形成以梁端抗剪承载力控制的塑性铰）。

根据规范的几种处理方法可见，当连梁铰接后，剪力墙的配筋会增大，合理利用连梁梁端塑性铰（可以承担相应弯矩）的工程特性，适当考虑连梁刚度并减小剪力墙配筋，减小结构设计的工作量，是一种实用的设计方法：1.通过改变连梁计算截面高度，寻求实际截面连
梁的最大抗剪承载力所对应的截面弯矩设计值，及与之相对应的剪力墙内力和配筋。

注意：其中对连梁截面高度的减小，是一种计算手段，只是为了寻求与连梁最大抗剪承载力相对应的抗弯承载力数值的过程，连梁的实际截面高度并没有减小。

2.减小连梁高度后，此连梁的计算结果仍可能超筋，但当其计算剪力v2已不大于实际截面的最大受剪承载力[v1]时，已满足规范要求，计算结束。

接下来，连梁取第一次计算截面高度，但按v2及相对应得弯矩m2计算其纵筋，连梁箍筋则根据实际连梁截面的最大抗剪承载力确定，此处理满足构件强剪弱弯的设计要求；剪力墙则进行包络设计，配筋取第一，第二次多遇地震作用下的结构内力分析所得结果的较大值。

至此，设计结束。

但须注意本调整中的连梁不应作为其他主梁或次梁的支撑梁。

本方法尽可能充分利用了连梁的有效截面和刚度吸收地震能量并耗能，合理确定墙肢内力及配筋，达到既满足抗震设计要求，又节约投资的目的。

在确无其他手段加大结构的侧向刚度，以满足结构的层间弹性位移角要求时可以使用。

2.配置斜向交叉钢筋。

在实际工程中，超筋现象大多数发生在跨高比小于2.5的强连梁上，对此，通常在进行内力分析时，采用较大幅度地折减连梁的刚度以降低连梁的作用剪力。

近年来对小跨高比连梁的抗震受剪性能试验表明，较大幅度折减刚度将导致地震作用下连梁过早屈服，延性需求增大，且仍不能避免发生延性不足的剪切破坏。

国内外最新研究表明，通过改变小跨高比连梁的配筋方式，可在不降低或有限降低连梁相对作用剪力的条件下提高连梁的
延性。

新版《砼规》增加了一，二级抗震等级的连梁，跨高比不大于2.5时，除普通箍筋外可另配置斜向交叉钢筋的两种方法。

这对解决连梁超筋问题有极大的帮助，特别是交叉斜筋配筋方式，连梁截面宽度不小于250mm时，应推荐使用。

3.加大超筋连梁跨高比。

对于跨高比小于2.5的超筋连梁，可采取在不改变连梁截面高度的前提下，加大洞口跨度，使此连梁跨高比大于2.5（洞口扩大后无使用功能部分用填充砌体封堵），重新计算后解决超筋的处理方式。

此种方法要注意连梁刚度削弱后对整体参数及其它位置构件的不利影响，不能顾此失彼。

4.设置双连梁。

双连梁是指在连梁中部以水平缝隔开的上下两根连梁，使一根高连梁变成大跨高比的两根连梁，其破坏形态由剪切破坏变为弯曲破坏，从而解决超筋问题。

之前由于其在计算假定，截面选取等方面存在诸多困难，难以实际应用。

随着技术的进步，一些设计软件目前已可准确模拟双连梁的受力形态，在此前提下，此方法亦可逐步推广使用。

但此方法难以确保大震下连梁的强剪弱弯，易造成大震下结构及构件的各个击破，难以实现大震不倒这个抗震基本设计要求，因此不建议在强震区使用。

3.总结
综上所述，剪力墙连梁设计中，应注重连梁与墙肢的协调性，灵活运用强剪弱弯的设计理念。

参考文献
[1] 高层建筑混凝土结构技术规程（jgj3-2010）.
[2] 混凝土结构设计规范（gb 50010-2010）.
[3] 建筑结构设计问答及分析/朱炳寅编著。

北京：中国建筑工业出版社，2009.。